CONSIGLIO DI AREA DIDATTICA (CAD) DELLE SCIENZE E TECNOLOGIE

PER LA NATURA, L’AMBIENTE E IL TERRITORIO

 ANNO ACCADEMICO 2019-2020

Laurea Triennale: Scienze Naturali

Insegnamento: ECOLOGIA

Docente: Prof. Daniele Porretta

Anno di corso: II anno

Credits (CFU): 09

 Obiettivi formativi

Scopo dell’insegnamento di “Ecologia” è quello di porre in risalto i principi basilari della biologia dell’ambiente, evidenziando gli aspetti di interazione e interdipendenza delle componenti dei sistemi biologici ed ecologici.

Specifici obiettivi formativi sono: la conoscenza dei processi e delle condizioni generali dell’ambiente che rendono possibile il fenomeno vita; la comprensione della struttura, funzionamento ed evoluzione dei sistemi bio-ecologici, dal livello molecolare a quello di comunità; l’analisi degli effetti della pressione antropica sui sistemi naturali. Ulteriore obiettivo formativo dell’insegnamento di Ecologia è quello di fornire, anche attraverso esperienze in campo e in laboratorio, le competenze per costruire percorsi didattici relativi ai sistemi bio-ecologici e alle relazioni tra gli organismi e l’ambiente.

Le conoscenze e competenze acquisite nel presente insegnamento, costituiranno un quadro di riferimento per un’analisi critica delle conseguenze che derivano dalle trasformazioni dell’ambiente naturale causate dalle attività umane

Gi studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di conoscere e comprendere (conoscenze acquisite)

-          le diverse scale temporali, spaziali e gerarchiche in cui si collocano i processi funzionali dei sistemi bio-ecologici;

-          i meccanismi che controllano la composizione, la struttura e i processi funzionali dei sistemi ecologici;

-          le complesse interazioni tra gli organismi e tra organismi e ambiente;

-          i meccanismi che regolano i pattern e la velocità dei cambiamenti evolutivi all’interno e tra le specie;

-          la dinamica dei processi adattativi;

-          il concetto di specie, i modelli di speciazione e lo sviluppo dell’isolamento riproduttivo in natura;

-          i processi che determinano l’origine ed il mantenimento della diversità biologica;

-          l’importanza della biodiversità come misura della stabilità degli ecosistemi,

-          il pensiero evoluzionistico nello studio dell’ecologia;

-          l’esistenza e importanza di una stretta comunicazione tra cultura e natura, tra società e ambiente.

Gli studenti che abbiano superato l’esame saranno in grado di (competenze acquisite):

-        vedere i fenomeni biologici in un contesto multi-scala e multi-fattoriale;

-          interpretare dati ecologici;

-           utilizzare i concetti ecologici generali come strumento di analisi delle conseguenze che possono derivare da trasformazioni dell’ambiente naturale;

-        analizzare in modo critico i temi oggi in discussione legati a biodiversità, evoluzione e cambiamento globale;

-        individuare e sviluppare temi chiave per costruire percorsi didattici in ambito ambientale.

Prerequisiti

L’insegnamento di Ecologia nel percorso triennale è al II anno. Le conoscenze che sarebbero importanti avere acquisito sono quelle fornite dagli insegnamenti dell’area bilogica e dall’insegnamento di Matematica per gli strumenti di base logico-matematici,

Contenuto dell’insegnamento

L’insegnamento prevede 64 ore di didattica frontale, suddivise in due sezioni, e 12 ore di esercitazioni.

Lezioni frontali

I sezione

Ecologia teorica 

Elementi di Biologia generale. Definizioni di Ecologia, sviluppo storico, suddivisione. Scale ecologiche e livelli di organizzazione gerarchica. Proprietà emergenti.

Organismi e Ambiente 

La vita e l'ambiente fisico ambiente: relazione organismo-ambiente. Il clima. Condizioni e risorse ambientali. Fattori limitanti: legge del minimo di Liebig. Legge della tolleranza di Shelford. Distribuzione geografica degli organismi.

Ecologia e processi metabolici 

 Organismi autotrofi ed eterotrofi. Adattamenti delle piante: fotosintesi C₃, C₄ e CAM. Adattamenti degli animali: acquisizione di energia e nutrienti, regolazione condizioni interne: omeostasi e feedback.  Endotermia ed ectotermia.

Ecologia Ecosistemica 

I sistemi ecologici. Applicazione dei principi della termodinamica. Trasferimenti di energia: il paradigma del flusso di energia. Produttività primaria. Efficienza ecologica e struttura delle piante. Produttività secondaria. Efficienza ecologica degli animali. Le piramidi ecologiche. Catene di pascolo e di detrito. Riciclizzazione dei nutrienti e immagazzinamento. Studio di un bacino idrografico: Hubbard Brook Forest, esperimento di rimozione sperimentale di una foresta. Processi di decomposizione. Metodi per misurare la produttività. L'ecosistema: proprietà emergenti. Confronto della produttività negli ecosistemi naturali. Ecosistemi terrestri. Ecosistemi acquatici. Cicli biogeochimici: cicli gassosi e sedimentari.

Ecologia Ecosistemica 

I sistemi ecologici. Applicazione dei principi della termodinamica. Trasferimenti di energia: il paradigma del flusso di energia. Produttività primaria. Efficienza ecologica e struttura delle piante. Produttività secondaria. Efficienza ecologica degli animali. Le piramidi ecologiche. Catene di pascolo e di detrito. Riciclizzazione dei nutrienti e immagazzinamento. Studio di un bacino idrografico: Hubbard Brook Forest, esperimento di rimozione sperimentale di una foresta. Processi di decomposizione. Metodi per misurare la produttività. L'ecosistema: proprietà emergenti. Confronto della produttività negli ecosistemi naturali. Ecosistemi terrestri. Ecosistemi acquatici. Cicli biogeochimici: cicli gassosi e sedimentari. Dinamica degli ecosistemi.

II sezione:

Ecologia Evolutiva 

Genetica dei cambiamenti evolutivi. La popolazione, la legge di Hardy-Weinberg. Forze microevolutive. Adattamento e selezione naturale. Il concetto di fitness. Selezione artificiale. Selezione sessuale.

Ecologia di popolazione. Caratteristiche delle popolazioni. Densità e dispersione spaziale. Studio statistico delle dimensioni di popolazioni. Parametri demografici. Tecniche demografiche: tabelle di vita, valore riproduttivo, struttura per età. Accrescimento delle popolazioni: modelli di crescita esponenziale e logistico. Modelli stocastici. Regolazione della dimensione delle popolazioni.

Specie e speciazione. Concetti di specie. Meccanismi di isolamento riproduttivo. Meccanismi di speciazione.

Interazioni tra popolazioni/specie. Classificazione delle interazioni. Competizione: principio di esclusione competitiva; competizione in popolazioni sperimentali ed in natura. La nicchia ecologica: caratteristiche; lo spostamento dei caratteri. Specializzazione contro generalizzazione. Evoluzione delle capacità competitive: selezione r e K. Sistemi predatore-preda. Modelli matematici di predazione. Adattamenti contro la predazione: criptismo, mimetismo. Parassitismo, parassiti e malattie. Commensalismo. Mutualismo. Coevoluzione. Ipotesi della Regina Rossa.

Ecologia comportamentale 

Comportamento: costi e benefici. Territorialismo. Home range, energetica e taglia. Teoria del foraggiamento ottimale.

Ecologia di Comunita' 

Comunita' biotiche: caratteristiche. Successioni ecologiche. Modelli di strategie di successione. Il climax. Biodiversità. Gradiente di diversità. Interazioni interspecifiche e struttura di comunità. Struttura trofica. Specie dominanti e specie chiave. Diversità biotica e stabilità di comunità. Modelli: bottom-up, top-down e trophic cascade. Il disturbo: modelli di non-equilibrio. Conservazione di aree naturali e biogeografia delle isole.

Cenni di ecologia applicata 

Ecologia umana: crescita di popolazione. Uso delle risorse e sostenibilità. Distruzione degli habitat. Specie invasive. Hot spot di diversità. Aree protette. Conservazione di habitat. Cambiamenti climatici globali.

Modalità di svolgimento dell’insegnamento

La frequenza delle lezioni e delle esercitazioni dell’insegnamento non è obbligatoria.

Il corso è strutturato in lezioni teoriche frontali ed esercitazioni. In particolare sono previste 76 ore complessive di didattica (9 CFU), di cui 64 ore di lezione frontale (8 CFU) e 12 ore di esercitazioni (1 CFU). Le lezioni si svolgono settimanalmente in aula e l’esposizione avviene mediante l’utilizzo di diapositive su power-point.

Le 12 ore di esercitazioni riguarderanno attività di campo

Sono previste due prove di autovalutazione in itinere (sei domande a risposta aperta e due esercizi) della durata di due ore. Verranno svolte in aula e al termine seguirà una discussione con il docente. Tali prove offriranno allo studente la possibilità sia di verificare la propria preparazione, sia di ripassare insieme al docente aspetti chiave del programma svolto, cui le domande fanno riferimento.

Modalità di valutazione

La prova d’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti del programma dell’insegnamento e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente. La valutazione è espressa in trentesimi (voto minimo 18/30, voto massimo 30/30 con lode).

La valutazione consiste di una prova scritta (della durata di due ore) e una orale. L’esame complessivamente consente di verificare il raggiungimento degli obiettivi in termini di conoscenze e competenze acquisite così come le abilità comunicative.

La prova scritta prevede sei domande a risposta aperta sugli argomenti trattati nel percorso e due esercizi. Le domande a risposta aperta vengono valutate per completezza di contenuto, capacità di sintesi e collegamenti tra i diversi temi sviluppati durante il corso. Gli esercizi sono utili a verificare la capacità di risoluzione di esercizi applicati. Se il voto finale dello scritto è inferiore a 16/30 lo studente non può sostenere la prova orale. Nella prova orale vengono valutate la proprietà di linguaggio, la chiarezza espositiva e la capacità critica di fronte a problemi ambientali.

Il voto finale risulta dalla media fra la prova scritta e la prova orale.

Testi consigliati

M. L. Cain, W. D. Bowman, S. D. Hacker. Ecologia. Piccin Nuova Libraria S.p.a., Padova.

Thomas M. Smith – Robert Leo Smith.  ELEMENTI DI ECOLOGIA Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A

Charles Krebs. Ecology. Pearson International Edition

Wilson & Bossert. Introduzione alla BIOLOGIA DELLE POPOLAZIONI. Piccin Editore Padova